Efeito da composição química e das condições de austêmpera na transformação bainítica em aços de alto carbono

Abstract

Os aços alto carbono com constituintes bainíticos são materiais que conseguem atender grandes exigências em serviço, devido combinarem à boa ductilidade, resistência mecânica e tenacidade à fratura. Para elaboração destes materiais se faz necessário a combinação de alguns elementos de liga com teores significativos, estes exercem um importante papel no comportamento cinético e morfológico da transformação bainítica. A adição de silício, acelera a reação bainítica e retarda a formação dos carbonetos, o manganês aumenta a austemperabilidade e o níquel além de auxiliar aumentando a austemperabilidade da liga, tende a aumentar à tenacidade a fratura do material. Nesse trabalho estudaram-se quatro ligas fundidas e conformadas a quente com teores variáveis de silício, manganês e níquel, a fim de verificar o efeito da composição química e das condições de austêmpera na morfologia e cinética da transformação bainítica. As condições de austêmpera variaram a temperatura de austenitização (870 e 1150°C) e a temperatura de austêmpera (280 e 370 °C), durante tempos que alteraram de 1 min a 839 h para algumas condições de tratamento térmico. As temperaturas críticas de transformações de fase foram determinadas a partir de simulações, utilizando o software JMat-Pro®. Para a caracterização morfológica e avaliação da cinética da transformação de fase utilizaram-se as técnicas de microscopia óptica (MO), eletrônica de varredura (MEV) e microscopia eletrônica de transmissão (MET) e, também, foram determinadas as propriedades mecânicas mediante ensaio de dureza, tração e impacto em amostras selecionadas. Verificou-se a presença de austenita na forma de filmes, intercaladas às ripas de ferrita bainítica, além de austenita retida na forma de blocos, de geometria poligonal, como principais produtos da transformação bainítica em todas as ligas estudadas. Para a liga 2, com maior teor de silício, verificou-se uma menor fração volumétrica de austenita retida total, devido ao efeito do silício em acelerar a transformação bainítica. A liga 3, com maior teor de manganês apresentou a menor quantidade de ferrita bainítica transformada para todas as condições de austêmpera com maior fração de austenita retida na forma de blocos. A liga 4, maior teor de níquel possui maior estabilidade mecânica e propicia maiores valores de alongamento.

Abstract : The steels with high carbon with bainitic constituents are materials that can meet high requirements in service, due to their combination with good ductility, mechanical strength and fracture toughness. For the preparation of these materials it is necessary to combine some alloying elements with significant contents, these play an important role in the kinetic and morphological behavior of the bainitic transformation. The addition of silicon accelerates the bainitic reaction and slows the formation of the carbides, the manganese increases the austemperability and the nickel besides helping increasing the austemperability of the alloy, tends to increase the fracture toughness of the material. In this work four hot melt alloys were studied with varying contents of silicon, manganese and nickel, in order to verify the effect of chemical composition and austenial conditions on the morphology and kinetics of bainite transformation. Austenite conditions varied the austenitization temperature (870 and 1150 ° C) and temperature of austenem (280 and 370 ° C), during times ranging from 1 min to 839 h for some heat treatment conditions. The critical temperatures of phase transformations were determined from simulations using JMat-Pro® software. For the morphological characterization and evaluation of the kinetics of the phase transformation, the techniques of optical microscopy (MO), scanning electron (SEM) and transmission electron microscopy (TEM) were used, and also the mechanical properties were determined by Hardness, traction and impact on selected samples. It was verified the presence of austenite in the form of films, interspersed with the slabs of bainitic ferrite, besides austenite retained in the form of blocks, of polygonal geometry, as main products of the bainitic transformation in all the studied alloys. For alloy 2, with a higher silicon content, a lower volumetric fraction of total retained austenite was observed due to the effect of silicon in accelerating the bainitic transformation. Alloy 3, with higher manganese content showed the lowest amount of bainitic ferrite transformed for all austenitic conditions with a higher fraction of austenite retained in the form of blocks. Alloy 4, higher nickel content has higher mechanical stability and provides higher elongation values.